机器人实训基地建设方案
工业机器人理实一体化实训基地教学实训车间建设
技
术
方
案
华中数控
2015年04月10日
目录
一、项目背景 (3)
1-1 工业机器人项目背景分析 (3)
1-2 工业机器人建设目的 (4)
1-3 项目任务 (5)
1-4 公司简介 (6)
二、方案建设内容 (8)
1 机器人实习基地建设 (8)
1-1应用实验室硬件建设 (8)
1-2实训基地基础设施建设 (10)
1-3实训仿真软件 (10)
1-4教学实训自动化总体布局 (10)
2 工业机器人方向教学建设 (10)
2-1教学目标 (10)
2-2课程设置与教学资源库建设 (12)
2-3实验及学习教材 (16)
2-4实验教学 (17)
2-5教学实训主要设备 (17)
3 工业机器人师资培训 (23)
4 自动化实训教学内容设置 (24)
三、自动化实训教学实施过程创新模式 (26)
四、工业机器人理实一体化方案 (27)
一、项目背景
1-1工业机器人项目背景分析
2014年6月9日习近平在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话，针对当前的机器人市场形势，习近平主席指出：“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，影响全球制造业格局，而且我国将成为全球最大的机器人市场；
国务院总理李克强2月26日主持召开国务院常务会议指出：部署加快发展现代职业教育。大力推动专业设置与产业需求、课程内容与职业标准、教学过程与生产过程“三对接”，积极推进学历证书和职业资格证书“双证书”制度，做到学以致用；开展校企联合招生、联合培养的现代学徒制试点，鼓励中外合作；
重庆将推进千亿元机器人产业发展战略目标：到2015年，重庆市机器人产业销售收入达到300亿元人民币，初步形成集聚检测设计平台、系统集成、整机及关键零部件研发制造的综合产业集群，机器人产业基地初具规模。到2020年，重庆市机器人产业销售收入达到1000亿元人民币，机器人产业成为新的支柱产业。
工业机器人是先进的软件控制、机电一体化数字化控制设备，集
机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科高新技术于一体，技术附加值很高。对提高产品的质量与产量、保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义，用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、物流等诸多领域中。正在日益改变着人类的生产和生活方式。建设工业机器人实验室，为学校提供实用的、前沿的、可视化的运动控制教学装备（自控、机电一体化、计算机、自动化、数控等专业适用）；培养大量企业所需自动化操作、软件开发、机电一体化高层次人才，前景十分乐观。
未来中国机器人产业的迅猛发展，企业对机器人人才的需求也越来越大，武汉华中数控股份有限公司在各方面的鼎力支持下，将搭建工业机器人产教合作平台，提出“工业机器人理实一体化实验室”整体解决方案，期望与职业院校合理推进我国职业教育事业发展，为培养未来新型工业机器人操作、维修等方面的技工人才共同探讨创新之路。
1-2工业机器人建设目的
由于人力成本的快速上升，全球产业结构深度调整，迫使企业进行装配自动化设备，以提高产能、降低人力成本。以全球代工帝国富士康集团为代表的机器人计划：目前有1万台机器人，计划三年后增至100万台。表明中国作为“世界工场”正在快速进行技术升级，顺应制造技术的向前发展，自动化生产时代的到来已是一种趋势。可以预
计，未来的几年中，企业对于自动化高层次人才的需求越来越大，而目前我国能够掌握机器人操作、调试、维修的技能人才极度缺乏，国内大中专院校机器人专业开设几乎为空白，所以，开设机器人相关专业，建设机器人实训基地是亟需解决的问题。
建设机器人专业，建设机器人实训基地为适应目前高素质、复合型人才培养的需要，通过教学、实操训练可以为企业培养大量自动化高层次人才，避免将来人才缺乏的问题。同时把实验室建设成实验教学体系合理、开放共享、特色鲜明、培养高素质人才的重要平台。达到全国有较高知名度的一流水平机器人实验教学示范中心。
1-3项目任务
本方案注重与重庆工业技师学院进行校企深度合作，实现工业机器人产教结合，建设工业机器人理实一体化实训基地。
针对目前重庆工业技师学院的课程设置现状，本方案设计将工业机器人的课程与学院数控技术、机电技术、机电一体化、汽车制造与检修四个相关专业课程体系融合，实现人才培养方向的多样性，提高专业教学水平。华中数控依托华中科技大学的教学力量，针对当前中职院校，提供工业机器人人才培训理实一体化教学方案标准配置清单。该方案从课程定位、课程体系设置、资源库建设、实训项目、教材使用等方面对学院工业机器人才培养和专业建设提供全方位服务与指导。
A.工业机器人人才培养方向：
1) 机电设备制造企业、自动化、机电一体化设备运用企业从事工
业机器人设备的操作与维护、调试与维修，销售、推广与售后技术支持以及机器人工作站的设计安装等。
2) 掌握工业机器人应用专业的基础理论和操作技能，具备机械结构设计、电气控制、传感技术、智能控制等专业技能,能独立从事大型机电设备、工业机器人应用系统的安装、调试、编程、维修、运行与管理等方面的工作任务；具有较好的实践经验，能进行生产管理具有创新精神和创业意识的高技能应用型人才。
B.工业机器人基地培养人才目标：
通过实训设备，结合相关专业学习，将机器人编程控制与操作紧密联系起来，着重培养既能够熟练操作机器人的技能，又掌握机器人编程控制，甚至能够对机器人相关设备进行调试和维修的服务于全社会高层次、高素质、复合型应用人才。
1-4公司简介
武汉华中数控股份有限公司（股票代码：300161）创立于1994年，注册资本1.6783亿元，是首批国家级“创新型企业”、全国机械工业先进集体、中国机床工具协会副理事长、数控系统分会理事长单位、全国机床数控系统标委会秘书长单位。已获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖4项，有9项产品被评为国家级重点新产品，华中数控系统被列入首批自主创新产品目录。2009年，华中数控光荣入选中央建国六十周年成就展和湖北省“荆楚辉煌60名片”。2011年，光荣入选国家“十一五”重大科技成就展。胡锦涛、吴邦国、
温家宝、李长春、王乐泉、刘延东、张德江等党和国家领导人先后对华中数控成果进行考察，对华中数控坚持产学研结合，推动科技成果转化，发展国家战略产业，给予高度评价。
数控技术是关系到我国产业安全、经济安全和国防安全的国家战略性高新技术。从手机、家电、汽车的制造，到飞机、导弹、潜艇的制造，都离不开数控技术，是装备制造业中的核心技术，是我国加快转变经济发展方式，是实现我国机械产品从“制造”到“创造”升级换代的关键技术之一。数控系统是先进高端制造装备的“大脑”，我们的使命是用中国“大脑”，装备中国制造。
华中数控拥有一支高素质的员工队伍，80%员工具有大学学历。公司设立了国家博士后工作站，有十多名博士后在公司从事产品研发。公司经营团队树立了坚定信念和目标：追求卓越，做大做强，把华中数控发展成为世界一流的数控系统研发制造企业。
华中数控具有自主知识产权的数控装置形成了高、中、低三个档次的系列产品，公司在前期技术积累基础上，整合国家重大专项3个课题的研发任务，瞄准国外高档数控系统的最高水平，研制了华中8型系列高档数控系统新产品，已有数十台套与列入国家重大专项的高档数控机床配套应用；具有自主知识产权的伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平，自主研制的5轴联动高档数控系统已有150多台在汽车、能源、航空等领域成功应用。公司研制的60多种
专用数控系统，应用于纺织机械、木工机械、玻璃机械、注塑机械以及雷达、火炮等武器装备。公司红外热像仪产品已广泛应用于钢铁、能源、化工、医疗等行业。
为解决中国数控技能型人才的严重短缺，华中数控为全国700多所职业院校建设了数控培训中心，完成了数十所学校国家示范性数控实训基地建设任务，为各类学校配备数控机床及教学软件8000多台套，培训数控教师数千名！
国家对数控系统产业给予了前所未有的关注和支持。从国务院关于发展装备制造业的若干意见，到纳入国家中长期发展规划的“高档数控机床与基础制造装备”国家重大专项，以及列入新兴战略产业的高端制造业，数控系统始终占据重中之重的位置。中国已成为世界第一大数控机床消费国和生产国，国产中、高档数控系统替代进口空间巨大。
2011年1月13日，华中数控以良好的业绩和成长性获得政府主管部门认可，成功登陆深圳证券交易所创业板，募集资金7.02亿元，成为数控系统行业首家上市企业，实现企业的历史性飞跃。华中数控的目标是：做世界一流的数控系统企业，用“中国大脑”，装备“中国制造”，装备“世界制造”。
二、方案建设内容
1、机器人实习基地建设
1-1应用实验室硬件建设
实验室
名称
面积硬件配置数量作用展示
实验室30㎡
迎宾机器人 3 机器人实训基地的展示。
魔方机器人 1
基础实验室100-150
㎡
6轴关节工业机器
人（8KG）
6
(1) 认识机器人的运动特点和组
成；
(2) 编制机器人的动作程序，掌
握机器人的工作原理和操作方
法；
(3) 了解机器人控制系统的组成
和控制方法；
(4) 试验研究机器人的控制规
律；
(5) 分析研究机器人的位置/力
混合控方法（需增加力传感器）。
末端连接装置
（套）
连接法兰等配件
机器人仿真软件50（点）
i-motion桁架式
机械手5轴
2
圆柱式机器人4
轴
2
工业应用
(自动化生产线)实验室50㎡
6轴关节工业机器
人（20KG）
1
与实际应用的设备同步，更接近
企业生产设备，能够让学生在学
校就能够对数控车床以及与工业
机器人全自动上下工件的操作、
使用、掌握一些故障排除方法。
高精密全功能
数控车床
2
自动立体料仓 1
焊接
实验室100㎡
焊接机器人 3 1、掌握机器人焊接特点、种类、
方法；
2、掌握机器人弧焊的离线编程
方法。
3、能够熟练操作机器人进行电
弧焊的操作
离线编程系统 3
焊接电源（包括其
控制系统）
3
送丝机
连接法兰
末端连接装置
3
焊接防护设备 3 维护
维修实验室200-250
㎡
电气控制器散件10 1、掌握机器人结构及组成单元
2、掌握机器人的电路原理
3、掌握机器人的机械结构及主要
功能部件
4、掌握机电安装、联调
机器人本体 6
桁架机器人本体 2
圆柱坐标机器人本体 2
1-2实训基地基础设施建设
场地：300~800平方米
1-3实训仿真软件
平板+仿真软件，每个实训班配套50个平板示教平台
1-4教学实训自动线总体布局
项目通过优化车间自动化产线配套方案集成应用华数六轴通用工业机器人、自动料仓、数控车床、焊机等。使得本车间可以满足多样化教学。本实训车间可根据贵校实际情况，将焊接机器人教学、搬运机器人教学布置在同一车间或者不同车间，各个设备主要按照线性排列，教学时可让更多学生参与操作或则教学机器人协作等内容。
平面规划图见下：
注：根据学校实训基地设计规划图（600㎡）
2、工业机器人方向教学建设
2-1教学目标
先修专业知识：电气基础、机械结构基础、机电、数控基础课程。
专业课程目标：通过课程学习，让学生具备工业机器人的基本认知、操作、基础编程能力，具备成为企业工业机器人操作及维护技工能力。
技能资格认证及标准：华中数控提供的工业机器人初级技工资格认证
表1 工业机器人初级技工资格认证标准
一级指标二级指标指标说明
理论掌握能力标准基础知识掌握程度电气基础、机械结构基础、机电、数控技术等
基础课程具备掌握水平
机器人基础认知掌握机械本体、控制、电气等基本原理
机器人基础编程掌握机器人示教和编程的专业词汇、基本功能、
操作步骤等知识点。
机器人维护与管理机器人操作中主要故障点、日常维护与管理规
范等基本知识掌握
实践应用能力标准示教编程操作能力能正确选择机器人运行模式、示教操作，熟练
完成机器人各轴运动；
独立自主单机器完成项目应
用实训能力
具有独立编程完成机器人搬运、码垛、抓取等
单机器应用项目；
具备独立完成多机器人联动
实训项目能力
能够实现程序的连续运行和单周运行
工业机器人主要就业岗位主要有两个方面：
一是技术路线，机器人运行维护与管理；机器人维修调试；机器人工作站设计与安装。
二是销售客服路线，机器人销售工程师，售后客服工程师。
表2 工业机器人典型岗位的对应职业技能要求
序号典型工
作岗位
工作任务职业能力要求
1 工业机
器人操
作应用
岗位
1．能够熟练操作机器人进行各种
作业。
2．能够熟练处理工业机器人在使
用过程动作要求。
3、按照动作要求，编制相应的控
制程序。
4、对机器人的动作误差能够调试
调整。
1. 具有阅读电气原理图及
接线图的能力；
2. 能按规范操作机器人。
3. 能看懂工业机器人的说
明书。
2 工业机
器人设
计研发
岗位
1. 能够对工业机器人的功能进
行程序编译。
2. 能够正确对工业机器人的机
械部分、电气控制部分、程序控制部
分进行相应的开发与设计。
3. 能够熟练对工业机器人进行
试验与检测。
2. 完成调试过程中出现的各种
不良现象及可能的故障因素的记录。
1. 能正确、可靠选择和安装
机器人的机械零部件。
2. 能阅读设备的机械图、电
气原理图、线路连接图及装配图。
3. 能按机器人的说明书完
成电气部分和控制部分的安装及
调试。
4. 能对安装后的机器人的
工作精度进行检验。
3 工业机1．能够对工业机器人进行定期维 1. 能正确选择、合理使用设
器人维修保养岗位护与保养。
2．能够制定出工业机器人对应的
点检单和保养程序。
3．能够确选择、合理使用设备安
装工具，并对其进行保养。
4．能够快速熟练处理工业机器人
在使用过程中出现的各种故障现象。
备安装工具，并对其进行保养。
2．能正确选择并合理使用常
用和专业调试工具。
3．能使用专用仪器、设备完
成设备的参数调整并进行检查。
4．能完成电气控制系统和电
气控制设备的连接，有PLC控制
程序编制与调试能力。
5．能按规程进行设备调试，
并具备技术文件的记录与整理能
力。
6. 能编制设备检修计划。
2-2课程设置与教学资源库建设
（1）课程设置
本方案建议以数控技术专业的课程体系为基础，分别嵌入工业机器人理论与实践系列课程。随着工业机器人课程建及
第一部分：基础部分（此部分可根据情况而定）
机械制图与CAD
课程主要内容包括：制图基本知识与技能，正投影法及基本体视图、轴测图、组合体、图样的基本表示法、常用件的特殊表示法、零件与部件的表达、机械图样中的技术要求、零件图识读、机械CAD 绘图等。
机械设计基础
课程主要内容包括：机械中常用机构、通用零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和基本计算方法，机械动力学和机械系统方案设计，机械零部件选用和设计等。
自动控制原理
课程的主要内容包括：主要讲授自动控制的一般概念、自动控制系统的数学模型、时域分析法、根轨迹法、频率域方法、控制系统的校正、非线性系统分析、系统采样理论等。
电工电子技术
课程主要内容包括：分模拟电子与数字电子二部分，其模拟电子技术主要讲授半导体放大、负反馈、差动、功率放大、集成运放及振荡、调制、解调、电源及可控硅电路等基本电路原理等。
传感器与检测技术
课程主要内容包括：各类传感器的原理、结构、测量电路和应用方法，以及常用传感器、近代新型传感器即使及信号调整电路等内容。微机原理与单片机技术
微机原理与单片机技术
课程的主要内容包括：单片机及其系统的硬件结构、工作原理、指令系统、汇编语言程序设计、中断系统、单片机的扩展、接口技术、串行通信等知识。
电机与拖动
课程的主要内容包括：交流电机、直流电机、控制电机及变压器等的基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择与实验等。
数控技术及数控系统
课程的主要内容包括：数控技术知识及数控系统知识，典型控制
线路的组成、动作原理、线路特点、常见故障及处理等；
第二部分：专业课程
伺服系统控制技术
课程的主要内容包括：伺服电机及其驱动的基本概念；伺服电机以及驱动的结构特点、测试/实验方法、选型技术；位置测量系统的基本原理和伺服控制技术的应用特点等。
电气控制与PLC
课程的主要内容包括：常用低压控制电器的作用、符号、型号及选用，典型控制线路的组成、动作原理、线路特点、常见故障及处理等；可编程序控制器的指令系统及应用，主要介绍可编程序控制器的组成原理、指令系统、常用程序、典型应用等
工业机器人的机械结构
课程的主要内容包括：机器人的定义、应用与发展；工业机器人的组成、分类、特点；
工业机器人总体、传动部件、臂部、手腕、手部、机身及行走机构原理、工作过程与安装。
工业机器人的控制
课程的主要内容包括：工业机器人控制的特点、方式及分类；工业机器人控制系统组成与原理；伺服系统控制组成与原理；工业机器人的系统参数设置及其他设置。
工业机器人的编程与操作
课程的主要内容包括：工业机器人编程要求与语言类型系统结构
和基本功能；程序的管理（创建、选择、删除、复制等）；运动指令的介绍与编辑；编辑指令的介绍与编辑；其他指令的介绍与编辑；工业机器人的操作。
工业机器人在机械加工中的应用
课程的主要内容包括：铣削成型机器人、冲压成型机器人、无模成型机器人、焊接机器人、喷漆机器人、打磨抛光机器人控制及其应用。
（2）专业课程体系及教学资源库
课时：48学时，其中理论讲授18学时，实训/实验课程30学时教学方式：面授+实训+线上辅学
课程考核：理论考核40%+实训/实验60%
表3 专业课程模块说明及资源库
课程模块选项知识点资源素材
机器人基本操作认识（7课时）
1、工业机器人发展认识与技术路线（2
课时）
6个知识点教学活动设
计与素材混合编排，至少6
个微课程视频资源，6套试题
库和电子教案、4个flash仿
真演示动画、2个现场演示视
频录制
2、工业机器人系统介绍（1课时）
3、手动操作工业机器人（1课时）
4、机器人示教编程（1课时）
5、机器人启动和自动生产（1课时）
6、机器人程序调用（1课时）
工业机器人基础编程（8课时）
1、机器人操作安全（1课时）8个知识点教学活动设
计与素材资源混合编排，至少
8个微课程视频资源，8套试
题库和电子教案、5个flash
仿真演示动画，3个现场演示
录制视频。
2、工业机器人坐标系统（1课时）
3、 RAPID 编程语言介绍及其基本指
令（1课时）
4、I/O 信号介绍及配置（1课时）
5、机器人系统重启指令介绍（1课时）
6、程序保存，系统备份（1课时）
7、机器人系统配置及安装（1课时）
8、校正方式介绍（1课时）
工业机器人的日常管理与维护（3课时）
1、机器人的系统安全和工作环境安全
管理；（1课时）
4个知识点教学活动设
计，至少3个微课程视频资
源，3套试题库和电子教案，
2个flash动画，2个现场演
练录制视频。
2、机器人的主机及控制柜主要部件的
备件管理；（1课时）
3、机器人的运行程序管理和文件管
理；（0.5课时）
4、机器人的应用状况和前景分析。
（0.5课时）
微学在线
线上辅助教学工具，提供教学资源库
管理，微课程制作及交流互动平台。
3个教师云端使用账号
配置，200个用户量使用配
置。
2-3实验及学习教材
华中数控将组织搭建“工业机器人产教合作联盟”，牵头组织职业院校进行教学及实验教材的编写工作，与院校老师合作开展优质教学资源的建设与共享等工作。目前具体针对工业机器人初级技工培养的教材提供如下：
1、工业机器人实践与应用教材
2、华数机器人操作手册
3、工业机器人教学指导手册（操作版）
4、工业机器人实验教学指导书
4、工业机器人基础技术文献选集
5、机器人基础知识及操作应用习题集选
2-4实验教学
针对课程设置的培养目标，提供六种教学实验，总共30学时。对每个实验提供相应实验指导手册、项目程序包，实验教学活动设计，
实验辅材配置等。具体实验配置如下：
项目实验
实验一夹具单元的安装与调试（5课时）
实验二机器人联动接力实验；（5课时）
实验三关节机器人搬运实验；（5课时）
实验四工业机器人喷涂绘图实验；（5课时）
实验五工业机器人抛光打磨抛光实验；（5课时）
实验六机器人生产线联动操作实验；（5课时）
2-5教学实训主要设备
（1）料仓
料仓采用八工位转盘式自动料仓。其中两个工位具有自动抬升能力，只有在这两个工位才可以进行机器人上下料作业。
对于上料仓，每个工位可以放置一种类型工件，每个工位的可放工件大小可调，机器人在上料工位抓料，每抓走一个工件，工位自动抬升，使机器人每次抓取都在同一位置；
对于下料工位，加工完成后机器人将工件放入下料工位，每放置一个成品，工位自动下沉，使机器人每次放料也在同一位置。所有需要放工件的仓位，必须在具有自动抬升能力位置之一才可以，位置变换通过大转盘旋转完成。
（2）华数HSR-JR608机器人
（3）华数ARA-1000D五轴桁架机械手
（4）华数HSR-HL404圆柱坐标机器人